24631_TUGAS 1 EKSTRAKSI METALURGI-4.docx

TUGAS 1 EKSTRAKSI METALURGI DASAR-DASAR EKSTRAKSI METALURGI (TERMODINAMIKA, (TERMODINAMIKA, TERMOKIMIA, DAN GAS IDEAL) I DEAL) Dosen Pengampuh: Ir. A. Taufik Arief, M.S.

Dibuat sebagai Tugas Mata Kuliah Ekstraksi Metalurgi pada Jurusan Teknik Pertambangan

Oleh: FIRDA ATIKA (03021181419189)

JURUSAN TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SRIIWIJAYA 2017

Titles you can't find anywhere else

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.











BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dalam dunia industri manusia akan melakukan sesuatu hal yang bermanfaat dari suatu mineral, dan berupaya agar mineral tersebut dapat dijadikan sesuatu yang sangat berharga dan berguna bagi kehidupan. Adapun kegiatan ini kerap disebut metalurgi. Metalurgi adalah ilmu, seni, dan teknologi yang mengkaji proses pengolahan dan perekayasaan mineral dan logam. logam. Ruang lingkup metalurgi meliputi:pengolahan mineral (mineral dressing ) ekstraksi logam ekstraksi logam dari konsentrat mineral (extractive metallurgy) metallurgy) proses produksi logam (mechanical metallurgy) metallurgy) perekayasaan sifat fisik logam ( physical physical metallurgy) metallurgy). Sejarah ilmu metalurgi diawali dengan teknologi pengolahan hasil pertambangan. Berdasar kedekatan antara metalurgi dengan pertambangan inilah maka

pada

awalnya

pendidikan

metalurgi

lahir

dari

sekolah-sekolah

pertambangan seperti pendidikan metalurgi di Colorado School of Mines. Pada saat ini pendidikan metalurgi sudah sedemkian luas sehingga beberapa perguruan tinggi mengkhususkan penekanan

pada cabang-cabang

ilmu

metalurgi. 1.

Cabang pengolahan mineral dan metalurgi ekstraksi biasanya sangat ditekankan pada pendidikan metalurgi di jurusan Teknik Pertambangan.

2.

Cabang metalurgi mekanik biasanya sangat ditekankan pada pendidikan metalurgi di jurusan Teknik Mesin dan Teknik Industri.











Perkembangan persoalan ilmiah dan teknis saat ini yang memerlukan pemecahan multidisiplin mengharuskan adanya pertemuan antara berbagai disiplin ilmu yang berbeda. Dalam hal ini seorang metalurgis (ilmuwan dan pekerja metalurgi) berada di tengah-tengah pertemuan ilmu-ilmu tersebut. Metalurgi beririsan dengan beberapa aspek ilmu kimia, teknik kimia, fisika, teknik fisika, teknik mesin, pertambangan, lingkungan, dll. Adapun salah satu jenis industri yang menggunakan prinsip metalurgi adalah dalam pengolahan nikel. Termasuk pengolahan nikel secara langsung dan secara tidak langsung. Pemanfaatan logam nikel secara langsung misalnya untuk pembuatan peralatan laboratorium kimia dan fisika, anoda pada batre dan penyimpanan listrik jenis Edison. Edison. Secara tak langsung digunakan sebagai : pembuatan mesin berat, rel kereta api, paduan nikel bukan besi (non ferous alloys) alloys) misalnya paduan nikel – nikel – silver silver untuk peralatan listrik, telepon dan alat kedokteran gigi.

1.2. Rumusan Masalah

Rumusan masalah dalam makalah ini adalah : 1. Bagaimana dasar-dasar fisika (termodinamika) dalam ekstraksi metalurgi? 2. Bagaimana dasar-dasar kimia (termokimia) (termokimia) dalam proses ekstraksi metalurgi? 3. Bagaimana dasar-dasar gas ideal dalam proses ekstraksi metalurgi?

1.3. Tujuan

Tujuan dalam pembuatan makalah ini adalah : 1.

Mempelajari dasar-dasar fisika (termodinamika) dalam ekstraksi metalurgi.

2.

Mempelajari proses dasar-dasar kimia (termokimia) dalam proses ekstraksi metalurgi.











Manfaat dalam pembuatan makalah ini adalah dapat menambah wawasan mengenai ekstraksi metalurgi terutama mengenai termodinamika, termokimia, dan gas ideal dalam proses ekstraksi metalurgi.











BAB 2 PEMBAHASAN

Untuk menghasilkan logam dari bijihnya, diperlukan suatu proses ekstraksi metalurgi. Karena di alam bijih logam umumnya dalam bentuk oksida dan sulfida, maka untuk menghasilkan logam diperlukan reaksi reduksi dan oksidasi. Pada proses metalurgi juga terdapat sifat fisika dan kimia. Dasar Fisika Kimia Metalurgi dapat didefinisikan juga yaitu sebagai ilmu dan teknologi untuk memperoleh sampai pengolahan logam yang mencakup tahapan dari pengolahan bijih mineral,pemerolehan mineral,pemerolehan (ekstraksi) logam, sampai ke pengolahannya untuk menyesuaikan sifat-sifat dan perilakunya sesuai dengan yang dipersyaratkan dalam pemakaian untuk pembuatan produk rekayasa tertentu. Berdasarkan tahapan rangkaian kegiatannya, metalurgi dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu metalurgi ekstraksi, metalurgi kimia dan metalurgi fisika. Metalurgi ekstraksi yang banyak melibatkan proses-proses kimia, baik yang temperatur rendah dengan cara pelindian maupun pada temperatur tinggi dengan cara proses peleburan utuk menghasilkan logam dengan kemurnian tertentu, dinamakan juga metalurgi kimia. Meskipun sesungguhnya metalurgi kimia itu sendiri mempunyai pengertian yang luas, antara lain mencakup juga pemaduan logam denagn logam lain atau logam dengan bahan bukan logam. Metalurgi kimia merupakan proses metalurgi yang banyak melibatkan proses proses kimia, baik yang temperatur rendah dengan cara pelindian maupun pada temperatur tinggi dengan cara proses peleburan utuk menghasilkan logam dengan kemurnian tertentu, dinamakan juga metalurgi kimia. Beberapa aspek perusakan logam (korosi) dan cara-cara penanggulangannya, pelapisan logam secara elektrolit,dll. Metalugi Fisika adalah pengetahuan-pengetahuan mengenai fisika dari logam-logam











pengembangan atau development, pada penggunaan dan pengolahan atau teknologi logam-logam dan paduan-paduan. Adapun proses-proses dari ekstraksi metalurgi / ekstraksi logam itu sendiri antara lain adalah pyrometalurgy (proses ekstraksi yang dilakukan pada temperatur tinggi), hydrometalurgy(proses ekstraksi yang dilakukan pada temperatur yang relatif rendah dengan cara pelindian dengan media cairan), dan electrometalurgy (proses ekstraksi yang melibatkan penerapan prinsip elektrokimia, baik pada temperatur rendah maupun pada temperatur tinggi).

2.1. Termodinamika dalam Ekstraksi Metalurgi

Termodinamika berasal dari bahasa Yunani dimana Thermos yang artinya panas dan d an Dynamic yang artinya perubahan. Termodinamika adalah ad alah suatu ilmu yang menggambarkan usaha untuk mengubah kalor (perpindahan energi yang disebabkan perbedaan suhu) menjadi energi serta sifat-sifat pendukungnya. Termodinamika berhubungan erat dengan fisika energi, panas, kerja, k erja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika juga berhubungan dengan mekanika statik. Cabang ilmu fisika ini mempelajari suatu pertukaran energi dalam bentuk kalor dan kerja, sistem pembatas dan lingkungan. Aplikasi dan penerapan termodinamika bisa terjadi pada tubuh manusia, peristiwa meniup kopi panas, perkakas elektronik, Refrigerator, mobil, pembangkit listrik dan industri. Termodinamika proses metalurgi termasuk Termodinamika metalurgi dan berbagai proses metalurgi terkait interaksi antara sistem. Untuk pembuatan baja, yang terlibat termasuk sistem terak metalurgi, baja cair, tahan api, fluks metalurgi dan gas, dan pendinginan yang dihasilkan inklusi baja cair. Untuk proses metalurgi, termasuk pembakaran, meniup oksidasi, pemurnian oksidasi dan terak - baja antara berbagai reaksi. Ketika mempelajari blast furnace, sistem metalurgi diperluas untuk bijih besi, kokas dan besi cair, proses metalurgi meningkatkan solusi kue, sintering, sistem













terak kuning, garam cair, dan garam dan sistem pelarut organik dan resin pertukaran ion, proses pemanggangan metalurgi Sejalan meningkat, membuat matte peleburan, klorida, pencucian, curah hujan , elektrolisis, ekstraksi pelarut dan pertukaran ion. Jelas, studi tentang sistem yang kompleks termodinamika metalurgi dan berbagai proses metalurgi interaksi antara sistem yang relevan adalah tugas kompleks sangat sulit. Dari sudut pandang termodinamika, isi metalurgi termodinamika hukum aksi massa dapat dibagi lagi, energi bebas, entalpi, entropi, aktivitas, persamaan GibbsDuhem, kelarutan, koefisien partisi, diagram fasa dan sebagainya. Pirometalurgi, entalpi bebas - diagram suhu (juga dikenal sebagai potensi diagram oksigen atau Elligham-Richard-son gambar) menunjukkan serangkaian senyawa logam entalpi bebas standar standar dan ketergantungan suhu, yang dapat menambah stabilitas relatif berbeda membuat perbandingan kuantitatif, dan digunakan untuk menghitung konstanta kesetimbangan untuk reaksi metalurgi. Untuk hidrometalurgi, diagram Potensi-pH (juga dikenal sebagai diagram Pourbaix) menunjukkan berbagai logam padat dan terlarut dalam larutan senyawa dari kesetimbangan termodinamika, dapat memberikan gas fase keseimbangan zat terlarut. Angka pada logam bawah mengingat kondisi pencucian atau erosi memiliki referensi tertentu dan nilai aplikasi. Penerapan dalam reaksi metalurgi dapat dilakukan untuk membuat lebih lengkap dan dilakukan, dari sudut pandang termodinamika pandang dapat menggunakan











Di Hall (CMHall) aluminium metode elektrolit ditemukan sebelum Cowles bersaudara (Cowles) lebih dulu menemukan metode pengurangan karbon untuk mempersiapkan paduan tembaga, pada penerapan termodinamika metalurgi atas. Tinggi karbon ferrochrome peleburan baja karbon sebagai bahan baku, dan didasarkan pada termodinamika metalurgi, metalurgi, suhu digunakan untuk meningkatkan metalurgi bertiup argon dicampur dengan oksigen untuk mencapai, dalam kondisi seperti itu, karbon dapat teroksidasi prioritas kromium. Selain itu, metode pengurangan hidrometalurgi hidrogen tekanan tinggi diterapkan pada praktek produksi termodinamika metalurgi. 2.1.1. Kontribusi Termodinamika Metalurgi

Dengan Ore polimetalik dan semakin pentingnya bijih ramping, termodinamika metalurgi juga semakin menunjukkan peran penting. penti ng. Termodinamika proses metalurgi dapat terus meningkatkan kemurnian logam, seperti baja, kandungan sulfur selalu sangat sedikit, sekarang dikurangi menjadi beberapa ratus ribuan. Oleh karena itu, kita bisa mengharapkan, termodinamika metalurgi juga dapat pemurnian logam murni dan semikonduktor untuk berkontribusi dalam hal ini kotoran biasanya beb erapa bagian per juta (ppm) atau bagian per miliar (ppb) untuk mewakili. Umum digunakan dalam pembuatan baja proses termodinamika CO dan keseimbangan ekuilibrium H2-H2O telah diterapkan untuk silikon, germanium, indium dari pemurnian. 2.1.2. PENERAPAN TERMODINAMIKA











Perubahan ΔG0 dapat diperhitungkan melalui persamaan sebagai berikut [Habashi., 1968] : ΔG0 = ΔH0 – TΔS – TΔS0 ...........................................................(1) Pada persamaan (1) (1) dapat dijelaskan bahwa ΔG0 adalah perubahan sejumlah energi entalpi standard (ΔH0) dikurangi dengan perubahan entropi standard (ΔS0) pada temperatur tertentu. Karakteristik bijih besi yang dicirikan dengan sejumlah pengotor seperti SiO2, Al2O3 dan Cr 2O3 dapat mengganggu jalannya proses reduksi. Secara termodinamika pengotor-pengotor tersebut tidak tidak dapat direduksi oleh CO walaupun temperatur reduksi reduksi dinaikkan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1











walaupun temperatur dinaikkan karena ΔG0selalu bernilai positif, seperti yang diperlihatkan pada persamaan reaksi berikut [Rosenvqist., 1983]:

SiO2 + 2CO → Si + 2CO2

ΔG01273 = + 81,3 Kkal .............(2)

Al2O3 + 3CO → 2Al + 3CO2 ΔG01273 = + 66,35 Kkal ...........(3) Cr 2O3 + 3CO → 2Cr + 3CO2 ΔG01273 = + 190,1 Kkal ...........(4) Jika pengotor tersebut membentuk ikatan dengan Fe dan ditambah dengan kadarnya yang tinggi maka akan mengurangi reducibility pada reducibility pada bijih besi. Karakteristik bijih besi ditandai juga dengan kandungan logam pengotor seperti Ni dan Co. Adapun Ni dan Co yang masih dalam bentuk oksida dapat tereduksi oleh CO. Seperti yang diperlihatkan pada

Gambar 1. bahwa kurva oksidasi Ni dan Co berada diatas kurva

(a), sehingga sehingga ΔG0 reduksi NiO dan CoO oleh CO akan bernilai negatif, seperti yang ditunjukkan pada persamaan berikut [Rosenvqist., 1983]:

NiO + CO → Ni + CO2

ΔG01273 K : : - 12,55 Kkal .................(5)

CoO + CO→ Co CO→ Co + CO2

ΔG01273 K : : - 6,57 Kkal ...................(6)

Berlangsungnya reduksi NiO dan CoO pada saat proses reduksi akan menyebabkan

terganggunya

reduksi

besi

oksida o ksida

oleh CO

Karena K arena

secara











2.1.2.2. Gibbs Free Energy

Gibbs free energy (G) adalah energi termodinamik dari suatu sistem yang dapat diubah menjadi usaha/kerja pada T dan P konstan. G  A + PV Gibbs free energy mencapai nilai maksimum jika prosesnya berupa reversible berupa reversible process. G = A + PV Diferensial: dG = dA + d(PV) dG = – = – S S dT – dT – P P dV + P dV + V dP dG = – = – S S dT + V dP

Untuk sistem tertutup pada T dan P konstan, dGT,P  0 2.2. Termokimia dalam Ekstraksi Metalurgi 2.2.1. Pengolahan Pertama – Metalurgi Metalurgi

Hampir semua logam yang diperoleh dari bijihnya mengandung sejumlah pengotor selama berada dalam mineral logam. Pengotor dalam suatu bijih dinamakan













serbuk halus, kemudian dicampurkan ke dalam tanki air (biasanya mengandung zat pengapung), dan udara dialirkan, dimana aliran udara untuk membentuk busa. Partikel-partikel yang dibasahi oleh air, misalnya penggangu akan tenggelam ke dasar tanki, sedangkan partikel yang tidak terbasahi menempel pada gelembung udara dan mengapung di atas permukaan tanki. Zat pengapung dalam air membentuk partikel mineral menjadi lapisan hidrofob (lapisan yang tidak dibasahi air). Setiap molekul zat pengapung mempunyai ujung polar yang menempel pada permukaan mineral dan ujung yang non-polar (hidrofob) mengarah ke luar. Molekul-molekul pengapung ini bersekutu dengan teman-temannya menggunakan ujung nonpolar pada permukaan mineral. Ujung yang mengarah ke luar menjadikan partikel mineral suatu permukaan hidrofom. Bijih sulfida, seperti tembaga, timbal dan seng dipekatkan dengan cara pengapungan ini. Proses bayer adalah salah satu contoh metoda pemekatan bijih secara kimia. Proses Bayer adalah suatu proses dimana aluminium oksida muri diperoleh dari











berhidrat. Bila bijih dipekatkan, perlu mengubah mineral menjadi senyawa senyawa yang cocok untuk direduksi. Pemanggangan adalah proses pemanasan mideral dalam udara untuk memperoleh oksida. Contohnya, bijih seng (ZnS) dapat diubah menjdai seng oksida melalui pemanggangan dalam udara. Al(OH3(s) → Al2O3(s) + 3H2O(l) (dengan pemanasan) 2ZnS(s) + 3O2(g) → 2ZnO(s) + 2SO2(g) Pemanggangan bersifat eksoterm sehingga sekali dimulai tidak memerlukan tambahan panas lagi. Tahapan proses bayer: 1. Ekstraksi: Al2O3.xH2O + 2 NaOH

= 2 NaAlO2 + (x + 1)H2O











2.2.2. Proses Reduksi – Metalurgi Metalurgi

Logam bebas diperoleh melalui reduksi senyawa, menggunakan cara elektrolisis atau zat pereduksi kimia. Pada produksi seng secara komersial, seng oksida direduksi melalui pemanasan dengan beberapa bentuk karbon, seperti batu bara antrasit atau arang. ZnO(s) + C(s) → Zn(g) + CO(g)











kadmium, dan besi. Seng dapat dimurnikan melalui distilasi fraksional. Beberapa logam, seperti tembaga, nikel, dan aluminium dimurnikan secara elektrolisis. Proses Hoopes adalah proses elektrolisis untuk memurnikan aluminium. Pengotor aluminium terbentuk di sekitar anode dan aluminium murni terbentuk d i daerah katoda, dan terbentuk tiga lapisan cair. Lapisan bawah adalah memehan pengotor aluminium, lapisan tengah adalah leburan garam yang mengan dung aluminium fluorida dan lapisan atas adalah aluminium murni. Pada anoda (lapisan bawah), aluminium melewati larutan sebagai ion aluminium (Al3+) dan di katoda (lapisan atas), ion-ion ini direduksi menjadi logam murni. Selam pengoperasian pengotor dan lelehan logam ditambahkan dari bawah sel dan aluminium murni ditarik ke atas.

2.3. Gas Ideal dalam Metalurgi











2.3.1. Persamaan Gas Ideal dalam Metalurgi

Dasar dasar hukum gas ideal adalah : 1.

Hukum Avogadro Hukum Avogadro mengatakan gas gas yang memiliki volume (V) yang sama, pada temperatur (T) dan tekanan (P) yang sama, akan memiliki jumlah partikel yang sama pula. Satu mol gas ideal memiliki volume 22,4 liter pada kondisi standar (STP).

2.

Hukum Boyle-Gay Lussac Boyle menyatakan bahwa bila suhu gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan konstan, maka tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya. Pada suhu konstan akan menghasilkan persamaan sebagai berikut:

11 = 22

Hukum Gay Lussac menyatakan bahwa jika volu me gas yang berada dalam bejana













Dalton menyatakan bahwa tekanan total gas yang tidak saling bereaksi merupakan jumlah masing masing tekanan parsialnya. Hal ini dapat dilihat pada persamaan :

 = 1 + 2 + ⋯ + 

Sifat fisik mineral dapat mengetahui karakteristik mineral antara lain adalah kilap, kekerasan, warna, belahan, kemagnetan, kelistrikan, berat jenis dan lainnya. 1. Sifat Fisik Mineral Sifat fisik mineral dapat mengetahuui karakteristik mineral antara lain adalah











membelah adalah bila mineral kita pukul dan tidak hancur, tetapi terbelah-belah menjadi bidang belahan yang licin. f.

Pecahan Pecahan adalah kecenderungan mineral untuk terpisah-pisah dalam arah yang tidak teratur apabila mineral dikenai gaya. Perbedaan pecahan deng an belahan dapat dilihat dari sifat permukaan mineral apabila memantulkan sinar. g.

Bentuk

Mineral ada yang berbentuk kristal, mempunyai bentuk teratur yang dikendalikan oleh system kristalnya, dan ada pula yang tidak. Mineral yang membentuk kristal











Yaitu meleburnya mineral apabila dipanaskan, penyelidikannya dilakukan dengan membakar bubuk mineral dalam api. Daya leburnya dinyatakan dalam derajat keleburan.

2.

Sifat Kimia Mineral

Berdasarkan senyawa kimiawinya, mineral dapat dikelompokkan menjadi mineral Silikat dan mineral Non-silikat. Terdapat 8 (delapan) kelompok mineral Non-silikat, yaitu kelompok Oksida, Sulfida, Sulfat, Native elemen, Halid, Karbonat, Hidroksida, dan Phospat. Adapun mineral silikat (mengandung unsur SiO2) yang umum dijumpai











unsur logam bersenyawa dengan oksigen). oksigen). Native Native element element seperti tembaga, perak atau emas agak jarang terdapat. Sulfida kecuali Pirit, tidak tidak jarang ditemukan, tetapi hanya cukup berarti bila relatif terkonsentrasi dalam urat (vein) (vein) dengan cukup besar. c.

Mineral Oksida

Terbentuk sebagai akibat perseyawaan langsung antara oksigen dan unsur tertentu. Susunannya lebih sederhana dibanding silikat. Mineral oksida umumnya lebih keras dibanding mineral lainnya kecuali silikat. Mereka juga lebih berat kecuali sulfida. Unsur yang paling utama dalam oksida adalah besi, Chroom, mangan, timah dan aluminium. Beberapa mineral oksida yang paling umum adalah es (H2O), corondum











III.1 Kesimpulan

Termokimia adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara energi panas dan energi kimia. Sedangkan energi kimia didefinisikan sebagai energi yang dikandung setiap unsur atau senyawa. Kemudian, Termodinamika merupakan ilmu tentang energi, yang secara spesific membahas tentang hubungan antara energi panas dengan kerja. Gas ideal adalah gas yang terdiri dari partikel-partikel kecil baik atom maupun molekul dalam jumlah yang sangat banyak. Sifat fisik dan kimia untuk menentukan













DAFTAR PUSTAKA

24631_TUGAS 1 EKSTRAKSI METALURGI-4.docx

Recommend Documents